еквівалентна доза
Поняття еквівалентної дози введено в зв'язку з тим, що різні види іонізуючих випромінювань навіть при однакових поглинених дозах викликають різний біологічний ефект.
Ефективність біологічної дії випромінювання залежить від величини втрати енергії частинок на одиницю довжини шляху dE / dx. яка отримала назву «лінійна передача енергії» (ЛПЕ). У математичних виразах ЛПЕ позначається символом L:
Величина ЛПЕ в кеВ / мкм залежить від густини речовини. При розподілі ЛПЕ на щільність речовини r отримуємо значення L / r, яке не залежить від щільності. Цю величину теж називають ЛПЕ або гальмівний здатністю речовини, і вимірюється вона в МеВ / см 2 × г -1. Як видно з визначення, величина ЛПЕ характеризує розподіл енергії, переданої речовині, уздовж треку частинки.
Знаючи ЛПЕ, можна визначити середнє число іонів, утворених на одиницю шляху частинки. Для цього необхідно розділити значення ЛПЕ на величину енергії, необхідної для утворення однієї пари іонів (W). Ставлення L / W називають лінійної щільністю іонізації (ЛПІ). Точне значення W тканин невідомо. Для газів значення W становить близько 34 еВ. Тому для газів:
ЛПІ = ЛПЕ / 34 (пар іонів на мкм шляху).
Чим вище значення ЛПЕ, тим більше енергії залишає частка на одиницю шляху, тим щільніше розподілені створювані нею іони вздовж треку.
Орієнтовні значення ЛПІ для різних видів випромінювань
Для рентгенівського і гамма-випромінювання ЛПІ становить приблизно десятки і сотні пар іонів на 1 мкм шляху в воді.
Для a # 8209; випромінювання - ЛПІ становить тисячі пар іонів.
При опроміненні клітин іонізуючим випромінюванням величина поглиненої дози показує лише середню кількість енергії, переданої облучаемой системі. Про щільності ж іонізації в мікрооб'ємах речовини, наприклад в клітці, клітинної органелле або макромолекулі, можна судити за величиною ЛПЕ. Якщо рухома частинка виробляє іонізації, значно віддалені один від одного, то ймовірність виникнення кількох іонів в межах макромолекули, субклітинному органели або клітини в цілому порівняно невелика. Навпаки, коли акти іонізації випливають безупинно уздовж треку частинки, можна очікувати виникнення багатьох іонів в межах однієї субклітинному структури, наприклад двох іонізації в комплементарних ділянках двухнитевой молекули ДНК. Біологічні наслідки пошкодження (в результаті іонізації) обох ниток ДНК значно відчутніше для клітини, ніж руйнування будь-якого ділянки однієї спіралі ДНК при збереженні цілісності комплементарної ланцюга. Так як з ростом лінійної щільності іонізації зростає ймовірність саме такого «двухнітевая розриву», ясно, що плотноіонізірующіе частки (з високою ЛПЕ) повинні значно ефективніше вражати ДНК і пов'язані з нею клітинні функції, ніж редкоіонізірующее випромінювання.
На різних біологічних об'єктах і на різних радиобиологических ефекти (летальну дію випромінювань, різні віддалені ефекти, такі, як поява променевих катаракт і злоякісних пухлин, зменшення тривалості життя) було проведено зіставлення ефективності різних типів іонізуючих частинок. Біологічну ефективність різних видів випромінювань при цьому зазвичай порівнюють по відношенню до стандартного випромінюванню, у якості якого використовують рентгенівське випромінювання з граничною енергією квантів 200 кеВ.
Коефіцієнт відносної біологічної ефективності (ОБЕ) визначається зі співвідношення
поглинена доза, необхідна для отримання даного біологічного ефекту при впливі рентгенівським випромінюванням 200 кеВ (в греях)
поглинена доза досліджуваного випромінювання, необхідна для отримання того ж біологічного ефекту (в греях)
Важливо розуміти, що значення ОБЕ конкретного виду випромінювання можуть відрізнятися для різних радиобиологических ефектів (наприклад за критерієм виживаності клітин - одні значення ОБЕ, за критерієм злоякісного переродження клітин - інші значення ОБЕ, за критерієм утворення катаракти - треті значення ОБЕ і т.д.) .
Тепер, після настільки довгого вступу дамо, нарешті, визначення поняття еквівалентної дози.
Доза еквівалентна (HT, R) для певного виду іонізуючого випромінювання R визначається як добуток номінальної середньої вихідної поглиненої дози DT, R даного виду випромінювання у органі чи тканині T на відповідний цього виду випромінювання ваговий коефіцієнт WR:
Вагові коефіцієнти для різних видів випромінювань WR (або як раніше їх називали - «коефіцієнти якості» різних видів випромінювань) представляють собою регламентовані значення ОБЕ різних видів іонізуючих випромінювань, встановлені з метою оцінки радіаційної небезпеки даних видів випромінювань для людини щодо виникнення віддалених несприятливі ефектів ( тобто ефектів, що виникають в результаті впливу відносно низьких доз хронічного або короткочасного опромінення).
Вагові коефіцієнти для різних видів випромінювання наступні:
для фотонів будь-яких енергій (тобто для рентгенівського і гамма # 8209; випромінювання) прийнятий рівним 1,
для електронів будь-яких енергій - 1,
для нейтронів з енергією менше 10 кеВ - 5,
від 10 кеВ до 100 кеВ - 10,
від 100 кеВ до 2 МеВ - 20,
від 2 МеВ до 20 МеВ - 10,
більше 20 МеВ - 5,
для протонів з енергією більше 2 МеВ (крім протонів віддачі) - 5,
для альфа # 8209; часток, уламків ділення і важких ядер - 20.
При дії змішаного випромінювання Д.е.і.і. HT визначається як сума еквівалентних доз впливають видів випромінювання:
Одиниця Д.е.і.і. в системі СІ - зіверт (Зв).
Позасистемна одиниця д.е.н. - бер (біологічний еквівалент рентгена) (або, що те ж саме - рем - рентген-еквівалент медичний).
Співвідношення цих одиниць наступне: 1 Зв = 100 бер.
1 Зв - це еквівалентна доза будь-якого виду іонізуючого випромінювання, яка створює такий же біологічний ефект, що і поглинена доза в 1 Гр рентгенівського або гамма-випромінювання.
Еквівалентна доза, рівна 1 Зв, створюється при середній поглиненої дози в органі чи тканині, що дорівнює 1 / WR Гр.
Так, наприклад, для a # 8209; випромінювання еквівалентна доза, рівна 1 Зв, створюється при поглиненої дози 1/20 Гр = 0,05 Гр.
Важливо пам'ятати що поняття еквівалентної дози має відношення, по-перше, як до людини (не можна говорити про еквівалентній дозі щодо інших біологічних об'єктів).
І, по # 8209; друге, тільки в відношенні виникнення віддалених несприятливі ефектів (тобто ефектів, що виникають в результаті впливу відносно низьких доз хронічного або короткочасного опромінення). тому наведені вагові коефіцієнти для різних видів випромінювань відносяться тільки до таких ефектів.